maxon Story

Heerlijke nieuwe onderwaterwereld

Ingenieurs van het Robotics Innovation Center in Bremen werken met onderwaterrobots. Ze zijn bedoeld om de oceanen beter te leren begrijpen. En in de toekomst ook de diepe wateren van andere planten.

De passie van de ingenieurs blijkt uit de kerstboom die de hele maand december op de bodem van een grote watertank staat, en is een blikvanger voor alle bezoekers van het Duitse onderzoekscentrum voor kunstmatige intelligentie (DFKI) in Bremen. De kerstballen worden, omdat deze drijven, omhooggetrokken. De kerstverlichting (230 V) is aan. Maar geen zorgen. De onderzoekers weten wat ze doen. Onderwatertechnologie is hun vakgebied. Ze versierden de kerstboom in hun vrije tijd omdat ze het leuk vonden. “Dankzij de uitstekende omstandigheden hier in het instituut, is de motivatie om innovatieve benaderingen uit te proberen extra hoog. Soms vinden we het leuk om langer hier te blijven,” zegt Peter Kampmann, onderzoeksmedewerker en specialist in onderwaterrobotica bij het DFKI Robotics Innovation Center.

Kampmann neemt ons mee door de grote maritieme onderzoekshal van het DFKI. Hier bevindt zich een voor heel Europa uniek testsysteem voor duikrobots: een zoutwaterbekken van acht meter diep en een inhoud van 3,4 miljoen liter. Perfect geschikt voor het testen van onderwatersystemen, waarmee met behulp van schepen en pijpleidingen onbekende wateren kunnen worden onderzocht en diepzeemetingen kunnen worden verricht.

“Nieuwe componenten, die lichter en krachtiger zijn, geven ons compleet nieuwe mogelijkheden.”

De maritieme sector heeft lange tijd "in de schaduw geleefd". Grote delen van de diepzee zijn bijvoorbeeld nog niet in kaart gebracht. We weten dus niet hoe het er daar beneden, op een diepte van 3.000 tot 6.000 m, precies uitziet. Zelfs het oppervlak van Mars is beter in kaart gebracht. Maar de komende jaren zal dit allemaal veranderen met behulp van moderne technologieën. Het Robotics Innovation Center van het DFKI werkt nauw samen met de ingenieurs van maxon aan nieuwe onderwateraandrijvingen met borstelloze gelijkstroommotoren. Ze zijn drukbestendig, compact, energie-efficiënt en perfect geschikt voor ROV’s (remotely operated vehicle) en AUV’s (autonomous underwater vehicle). Een ontwikkeling die handig is voor Peter Kampmann en zijn collega’s. “Nieuwe componenten, die lichter en krachtiger zijn, geven ons compleet nieuwe mogelijkheden.”

De ijsbeervergelijking

De trend in onderwatertechnologie gaat in de richting “klein en intelligent”. Ingenieurs bouwen momenteel voertuigen die zijn uitgerust met sensoren en elektronica. De machines moeten onderzoek kunnen uitvoeren, gegevens kunnen verzamelen en maandenlang autonoom kunnen reageren op verschillende scenario’s zonder menselijk ingrijpen. Geen eenvoudige taak in deze zware omstandigheden, omdat het zicht beperkt is in de zee en golflengten die voor gps- of wifisignalen worden gebruikt in water snel worden geabsorbeerd. Dat maakt navigatie moeilijk. Het zoute water itast de componenten aan. Zelfs roestvast staal begint na enige tijd te roesten. Gevoelige onderdelen zoals motorassen moeten daarom worden van titanium gemaakt. En tot slot is er de hoge omgevingsdruk. De druk op 6.000 m bedraagt 600 bar. Dit is te vergelijken met gewicht van een volwassen ijsbeer die op een oppervlakte van slechts een vierkante centimeter zit. Het Robotics Innovation Center kan deze waarden in een drukkamer simuleren. maxon heeft hier ook zijn speciaal ontwikkelde onderwateraandrijvingen laten testen. Componenten op een diepte van 6.000 m kunnen in meer dan 95% van de oceanen worden gebruikt.

Elke gram is belangrijk

Terwijl we door het Robotics Innovation Center van het DFKI lopen, komen we verschillende onderwatervoertuigen tegen. Neem bijvoorbeeld de Micro-AUV. Zoals de naam al aangeeft is deze extra klein en wordt door onderzoekers gebruikt om nieuwe benaderingen te testen voor besturing en navigatie. Alles aan dit voertuig moet zodanig worden ontworpen, dat een minimaal restdrijfvermogen wordt bereikt. Elke aanvullend gram drijfvermogen speelt een rol onder water. Want als een systeem op enig moment defect raakt, moet het door positieve drijfvermogencontrole naar de oppervlakte stijgen, anders gaat het voor altijd verloren. De Micro-AUV wordt aangedreven door vier maxon gelijkstroommotoren. Dit zijn extra energie-efficiënte aandrijvingen en maken een lange levensduur mogelijk, ondanks de kleine batterij.

Peter Kampmann and his colleagues at the DFKI are testing new approaches to control and navigation with the Micro-AUV.

Binnenkort een reis naar Jupiters maan?

Een ander spannend project van het DFKI is de Europa Explorer, een onderwatervoertuig, een lang onderzoeksvoertuigin de vorm heeft van een dunne sigaar. Het langetermijndoel van dit project is de verkenning van Jupiters maan Europa. De maan is bedekt met een 3 tot 15 km dikke ijslaag, waaronder zich een oceaan bevindt. Het DFKI onderzoekt het potentieel van een dergelijke missie in opdracht van het Duitse centrum voor lucht- en ruimtevaart (DLR). Dit zou - volgens de huidige theorie - inhouden dat de AUV de ondergrondse oceaan bereikt in een boormachine, zich daarna loskoppelt, autonoom gegevens verzamelt en deze vervolgens naar de aarde stuurt.

De Europa Explorer zal worden gebruikt om Jupiters maan Europa te onderzoeken.

Het huidige testtype bij de DFKI is uitgerust met een maxon Escon module 50/5 motorregelaar. Deze is populair om zijn dynamiek en assistentiefunctie. “De controller herkent zelfstandig foutbronnen, wat ons werk veel aangenamer maakt,” zegt Peter Kampmann. En na het bezoek aan het DFKI Robotics Innovation Center is het duidelijk: onderwatertoepassingen worden niet langer gekenmerkt door grote robuuste componenten en improvisaties. Sensortechnologie, automatisering en robotica spelen ondertussen ook een rol. Een veelbelovend startpunt voor de toekomst.

Robotics Center

Het Duitse onderzoekscentrum voor kunstmatige intelligentie (DFKI) is in Duitsland het toonaangevende instituut op het gebied van innovatieve softwaretechnologie gebaseerd op kunstmatige-intelligentiemethoden. Het heeft 800 medewerkers verspreid over verschillende locaties. Rond 130 medewerkers en 80 studenten werken op het onderzoeksinstituut voor kunstmatige intelligentie in Bremen aan 25 tot 30 projecten die om robots in de ruimte of in de diepzee draaien.

Speciale diepzeeaandrijvingen

maxon motor waagt zich in de donkere diepten van de oceaan. Na een ontwikkelingsfase van twee jaar presenteert de Zwitserse specialist voor aandrijvingen zijn eigen onderwateraandrijvingen. Deze aandrijvingen bestaan uit een borstelloze gelijkstroommotor, een overbrenging en een controller. Hieraan wordt de behuizing en een propeller toegevoegd. De eenheid is ontworpen voor gebruik in zout water, voor een druk tot 6.000 m (600 bar) en is corrosiebestendig.

Hiervoor gebruikt maxon hoofdzakelijk titanium en kunststof. De ingenieurs hebben voor deze ontwikkeling samengewerkt met het Duitse onderzoekscentrum voor kunstmatige intelligentie (DFKI). Het instituut is gespecialiseerd in onderwatervoertuigen. Het eerste model van de aandrijving, de MT30, is dit jaar verkrijgbaar als standaardproduct. Andere maten (diameters 20, 40 en 70 mm) zijn gepland.

maxon thruster MT30

Met olie gevuld en bestand tegen druk

maxon biedt een aandrijfsysteem dat bestand is tegen druk als standaardoplossing voor aangepaste onderwatertoepassingen. Het kernelement is een combinatie van motor en overbrenging, bestaande uit een borstelloze gelijkstroommotor en een planetaire overbrenging. De aandrijving beschikt over een kunststofbehuizing en is afgedicht met twee flenzen van titanium. Dit beschermt tegen corrosie. De aandrijving kan op een compensator worden aangesloten.

De met olie gevulde aandrijfeenheid wordt via een slang op de compensator aangesloten. De waterdruk wordt op de olie overgebracht via een membraan dat, afhankelijk van de waterdiepte of de waterdruk, een bepaald volume samenperst. De aandrijving is met twee connectoren uitgerust om de regelelektronica aan te sluiten. De compacte onderwateraandrijving is beschikbaar met diameters van 16 tot 42 mm. Maar dit kan aan de eisen van de klant aangepast worden.

maxongroup.com